(57)【要約】【課題】本発明は、高精度な制振性能を有する荷電粒子線装置を提供することを目的とする。【課題手段】本発明は、定盤および試料室の振動を検知する第１の検知センサーと、鏡体の振動を検知する第２の検知センサーと、定盤に抑制振動を加えるアクチュエーターと、抑制振動の駆動量を計算する演算制御部とを有する荷電粒子線装置において、演算制御部は第１の検知センサーおよび第２の検知センサーの検知信号に基づいて、鏡体の振動と定盤および試料室の振動とを抑制する抑制振動の駆動量を状態フィードバック制御則により求めることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線発生源や電子光学系が収まる鏡体と、上側に前記鏡体を締結し、かつ荷電粒子線が照射される試料を載置するステージを内部に置く試料室と、上側に前記試料室を締結する定盤と、前記定盤および前記試料室の振動を検知する第１の検知センサーと、前記鏡体の振動を検知する第２の検知センサーと、前記定盤に抑制振動を加えるアクチュエーターと、前記抑制振動の駆動量を計算する演算制御部とを有する荷電粒子線装置において、
前記演算制御部は、前記第１の検知センサーおよび前記第２の検知センサーの検知信号に基づいて、前記鏡体の振動と前記定盤および前記試料室の振動とを抑制する前記抑制振動の駆動量を状態フィードバック制御則により求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
荷電粒子線発生源や電子光学系が収まる鏡体と、上側に前記鏡体を締結し、かつ荷電粒子線が照射される試料を載置するステージを内部に置く試料室と、上側に前記試料室を締結する定盤と、前記定盤および前記試料室の振動を検知する検知センサーと、前記定盤に抑制振動を加えるアクチュエーターと、前記抑制振動の駆動量を計算する演算制御部とを有する荷電粒子線装置において、
前記演算制御部は、前記検知センサーの検知信号より前記鏡体の振動推定値を算定し、前記検知信号と前記振動推定値に基づいて前記鏡体の振動と前記定盤および前記試料室の振動とを抑制する前記抑制振動の駆動量を状態フィードバック制御則により求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の荷電粒子線装置において、
前記演算制御部によって求められる前記抑制振動の駆動量で前記アクチュエーターを駆動することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、
前記状態フィードバック制御のフィードバックゲインの計算手段に最適制御則を用いたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
荷電粒子線発生源や電子光学系が収まる鏡体と、上側に前記鏡体を締結し、かつ荷電粒子線が照射される試料を載置するステージを内部に置く試料室と、上側に前記試料室を締結する定盤と、前記定盤および前記試料室の振動を検知する第１の検知センサーと、前記鏡体の振動を検知する第２の検知センサーと、前記定盤に抑制振動を加えるアクチュエーターと、前記抑制振動の駆動量を計算する演算制御部とを有し、前記アクチュエーターの駆動により制振を行なう荷電粒子線装置の振動制御方法において、
前記抑制振動の駆動量は、前記第１の検知センサーおよび前記第２の検知センサーの検知信号に基づいて、状態フィードバック制御則により演算されることを特徴とする荷電粒子線装置の振動制御方法。
【請求項６】
荷電粒子線発生源や電子光学系が収まる鏡体と、上側に前記鏡体を締結し、かつ荷電粒子線が照射される試料を載置するステージを内部に置く試料室と、上側に前記試料室を締結する定盤と、前記定盤および前記試料室の振動を検知する検知センサーと、前記定盤に抑制振動を加えるアクチュエーターと、前記抑制振動の駆動量を計算する演算制御部とを有し、前記アクチュエーターの駆動により制振を行なう荷電粒子線装置の振動制御方法において、
前記抑制振動の駆動量は、前記検知センサーの検知信号より前記鏡体の振動推定値を算定し、前記検知信号と前記振動推定値に基づいて、状態フィードバック制御則により算定されることを特徴とする荷電粒子線装置の振動制御方法。
【請求項７】
請求項５または６記載の荷電粒子線装置の振動制御方法において、
前記演算制御部によって求められる前記抑制振動の駆動量で前記アクチュエーターを駆動して制振することを特徴とする荷電粒子線装置の振動制御方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれかに記載の荷電粒子線装置の振動制御方法において、
前記状態フィードバック制御のフィードバックゲインの計算手段に最適制御則を用いたことを特徴とする荷電粒子線装置の振動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鏡体の振動を抑制する機能を有する荷電粒子線装置、および荷電粒子線装置の振動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造に必要とされる微細パターンの描画、試料の検査、試料の微細加工などを目的として、電子線やイオンビームを用いた電子線描画装置、電子顕微鏡、収束イオンビーム装置などの荷電粒子線装置が用いられている。
【０００３】
荷電粒子線装置は、荷電粒子線発生源、および荷電粒子線の偏向器、荷電粒子線発生源および偏向器を格納している鏡体と、鏡体を搭載し、半導体試料を格納している試料室と、試料室を搭載し、荷電粒子線装置外部からの振動を遮断するために設けられた定盤とから構成される。
【０００４】
荷電粒子線を扱うため、鏡体および試料室内部は高真空状態に保たれており、鏡体と試料室とは締結ネジなどにより結合されている。
【０００５】
荷電粒子線装置では鏡体上部に収められた荷電粒子線発生源より照射した荷電粒子線を該鏡体中間部に収められた偏向器により偏向し、試料室内に設置された試料上の所望位置に照射する。この時、外部からの振動によって荷電粒子線装置が振動していると、荷電粒子線の照射位置と試料位置とに位置ズレが生じ、微細パターンの形成に誤差を生じさせる。そこで、定盤を空気バネなどを用いて床から浮上させて外部振動（地動外乱）を遮断する方法が取られている。
【０００６】
また、試料室内にあって試料を所望の位置へ移動させるためのＸＹステージが移動すると、ＸＹステージの機械振動（直動外乱）によって試料室や鏡体が振動してしまう。
【０００７】
直動外乱に対処する技術として、リニアアクチュエーターを用いてＸＹステージによる駆動反力を打ち消す方向に試料室や定盤を微少駆動させることで振動を打ち消すフィードフォワード制御なども用いられてきた。
【０００８】
また、鏡体を真空状態にするために鏡体に備えられた真空ポンプからの振動によっても鏡体を励振し、試料室との位置ズレの原因となっていた。これを防止するために、動吸振器を備えることで鏡体振動を打ち消し、位置ズレを防止する技術が用いられてきた（例えば、特許文献１）。
【０００９】
あるいは、検出した振動から荷電粒子線への補正偏向量を求め、荷電粒子線を振動に応じて偏向させることにより相対的に振動の影響を排除する技術が用いられてきた（例えば、特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−７６６６０号公報
【特許文献２】特開２００４−９６００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
試料室と鏡体は締結ネジにより締結されているため、鏡体は締結ネジの剛性により決定される固有振動数によって振動している。
【００１２】
締結ネジの締め付け力によれば、その固有振動数は数百Ｈｚ程度となる。
【００１３】
この振動は試料室と鏡体の間に位置ズレを生じさせ、やはり微細パターン形成の誤差要因となっていた。
【００１４】
半導体の集積度が年々高まり、荷電粒子線の照射精度にナノメートルの精度が求められるようになると、この位置ズレは決して無視できないものとなってきた。
【００１５】
空気バネにより地動外乱を遮断する方法は、数十Ｈｚ以下の低周波振動には効果があるが、数百Ｈｚ以上におよぶ鏡体の固有振動のような高周波振動には効果が無い。
【００１６】
リニアアクチュエーターによるフィードフォワード制御は、高周波振動にも効果はあるが、ＸＹステージの指令パターンに応じた振動抑制にしか効果が無く、ＸＹステージ自身の固有振動数による機械振動などの抑制効果は無い。
【００１７】
また、上記いずれの技術においても定盤や試料室の振動しか考慮されておらず、試料室上に搭載されており試料室とは異なる挙動を示す鏡体振動の抑制には効果が無かった。
【００１８】
半導体の集積度が高くない場合は、試料室と鏡体の締結力ないし結合力は極めて強く一体となって運動するものとして考えることができた。
【００１９】
しかし、集積度が高くなるにつれ、その結合剛性によって発生する位置ズレが無視できないものとなってきた。
【００２０】
従来、鏡体の振動を抑制するための技術として動吸振器があった。
【００２１】
動吸振器による制振技術は動吸振器に鏡体振動のエネルギーを吸収させることによって鏡体の振動を抑制しようとするものである。しかし、これは鏡体上にバネ、ダンパ要素によって補助質量を接続する構造となる。
【００２２】
このため、装置が大型、複雑化することが避けられなかった。また、動吸振器は吸収する振動周波数をあらかじめ決定しておかなければならず、製造過程における取り付け誤差や経年変化などにより鏡体の振動周波数が変化するとその制振効果が著しく劣化するという欠点を持っている。
【００２３】
また、検出した振動をもとに荷電粒子線の補正偏向量を求め、振動に応じて荷電粒子線を偏向させることにより相対的に振動の影響を排除する技術もある。しかし、振動を直接的に抑制しないため、振動が荷電粒子線の挙動に与える影響が明らかになっていない場合や経時変化により振動の影響が変化した場合には振動抑制効果が著しく低下したり悪影響を与えたりするという欠点がある。このため、高精度な制振性能が求められていた。また、荷電粒子線の偏向量を可変させるため、荷電粒子線偏向機構が大規模になってしまうという欠点もある。
【００２４】
本発明は、上記の問題に鑑み、高精度な制振性能を有する荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【００２５】
また、本発明は、簡単な構成で高精度な制振性能を有する荷電粒子線装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、定盤および試料室の振動を検知する第１の検知センサーと、鏡体の振動を検知する第２の検知センサーと、定盤に抑制振動を加えるアクチュエーターと、抑制振動の駆動量を計算する演算制御部とを有する荷電粒子線装置において、演算制御部は第１の検知センサーおよび第２の検知センサーの検知信号に基づいて、鏡体の振動と定盤および試料室の振動とを抑制する抑制振動の駆動量を状態フィードバック制御則により求めることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、定盤および試料室の振動を検知する検知センサーと、定盤に抑制振動を加えるアクチュエーターと、抑制振動の駆動量を計算する演算制御部とを有する荷電粒子線装置において、演算制御部は検知センサーの検知信号より鏡体の振動推定値を算定し、検知信号と振動推定値に基づいて鏡体の振動と定盤および試料室の振動とを抑制する抑制振動の駆動量を状態フィードバック制御則により求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、状態フィードバック制御測を用いて定盤、試料室、および鏡体の複数の振動を同時に抑制可能であり高精度な制振性能を荷電粒子線装置に提供することができる。
【００２９】
また、本発明は状態推定機能を備えたので、鏡体への検知センサーの設置が不要になり、高精度な荷電粒子線照射が可能な荷電粒子線装置を安価に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の適用に好適な電子線描画装置に実施した一実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
まず、電子線描画装置の構成および動作について概略平面図である図１を用いて説明する。
【００３２】
電子線描画装置は床４０に置かれた床定盤１上に設置される。
【００３３】
定盤３６の上に試料室４７と鏡体４６が搭載されており、鏡体４６は締結ネジ４８によって試料室４７に締結ないし結合されている。
【００３４】
試料室および鏡体の内部は高真空状態に保たれている。定盤３６を含む装置全体は空気バネ２，３によって浮上しており、床からの振動（地動外乱）が試料室や鏡体に伝達するのを防止している。
【００３５】
鏡体４６には電子線を含む荷電粒子線発生源３３や電子線偏向器３７を含む電子光学系が収められており、電子線発生源３３から照射された電子線３４は電子線偏向器３７によって所望の位置へ照射するために電子偏向される。真空排気された試料室４７の中には試料を所望の位置へ移動させるＸＹステージ２０と試料３５が収められており、試料３５を電子線照射に最適な位置へと移動させる。
【００３６】
該電子線３４の偏向と試料３５の移動を繰り返すことにより、試料３５表面の所望の位置へ電子線を次々と照射させることにより試料３５上に微細な回路パターンを形成する。電子線描画装置においては高精度な回路パターン形成が要求されるため、定盤３６を空気バネにより浮上させることで地動外乱による位置ズレを防止する技術が実施されてきた。
【００３７】
また、ＸＹステージ２０が移動することにより、発生する駆動反力による振動（直動外乱）を防止するためにリニアアクチュエーターによるフィードフォワード制御技術も実施されてきた。
【００３８】
これを水平方向について説明すると、支柱６に取り付けられた固定子４５に電流を流すことにより発生する電磁力によって定盤３６より上の搭載機器を水平方向に微少駆動させる。この時、ＸＹステージ２０の移動により、発生する反力と同じ大きさで反対方向の力が発生するような電流を固定子４５に流せばＸＹステージ２０による反力を打ち消すことが可能となる。
【００３９】
鉛直方向についても同様に説明すると、支柱４，５に取り付けられた固定子４１，４２に電流を流すことにより、発生する電磁力によって定盤３６より上の搭載機器を鉛直方向に微少駆動させる。
【００４０】
この時、ＸＹステージ２０の移動により、発生する反力と同じ大きさで反対方向の力が発生するような電流を固定子４１，４２に流せばＸＹステージ２０による反力を打ち消すことが可能となる。
【００４１】
鉛直方向においては、固定子４１，４２が同じ方向に動作する成分は定盤３６に対して鉛直方向に作用する力となり、固定子４１，４２が逆方向に動作する成分は定盤３６に対して回転方向に作用する力となる。
【００４２】
以下、本実施例の説明においては、簡単にするために固定子４１，４２は回転方向にのみ作用するものとする。鉛直方向に作用する成分を考慮しても本発明が成り立つことは言うまでもない。
【００４３】
従来の空気バネ２，３による地動外乱の抑制や、リニアアクチュエーター４１，４２による直動外乱の抑制は定盤３６上に搭載されている機器がすべて定盤３６と同じように振動することを前提としている。
【００４４】
すなわち、定盤３６、試料室４７、鏡体４６は一体の剛体であると想定されている。しかし、鏡体４６と試料室４７は締結ネジ４８による締結であるため一体の剛体とはなりえず、鏡体４６と試料室４７はそれぞれ異なる振動をしている。
【００４５】
また、定盤３６と試料室４７との接合面は試料室４７と鏡体４６との接合面に比べて広く、しかも締結ネジ４８よりも多くの締結ネジで定盤３６と試料室４７とが締め付け締結される。このため、定盤３６と試料室４７との間は、鏡体４６側とは違って、一体の剛体になっており、振動差が生じない。さらに定盤３６と試料室４７は、鏡体４６に比べ、格段に重い。これも、定盤３６と試料室４７との間の振動差が生じない要因になっている。
【００４６】
したがって、定盤３６と試料室４７の間には振動差が生じないが、試料室４７と鏡体４６との間には振動差が生じ、それぞれ異なる振動をする。
【００４７】
定盤３６と試料室４７の振動は、後述する第１の検知センサーにより検知される。前述したように定盤３６と試料室４７の間には振動差が生じないので、定盤３６に第１の検知センサーを設けて定盤３６と試料室４７の振動を検知するようにしている。
【００４８】
また、高真空状態を実現する、鏡体４６には真空排気ポンプが取り付けられることも多く、真空排気ポンプの稼動による機械振動が伝達されることによって鏡体４６は試料室４７とは異なる振動をする。
【００４９】
これを模式的に表したのが図２である。
【００５０】
床４０と試料室４７は、空気バネ２，３をモデル化したバネ要素５０，５２および減衰要素５１，５３によって水平、鉛直方向に結合される。
【００５１】
また、試料室４７と鏡体４６は締結ネジをモデル化したバネ要素５４と減衰要素５５によって結合される。
【００５２】
説明を簡単にするために試料室４７と鏡体４６の水平・鉛直方向への並進運動、および定盤３６と試料室４７の間の結合を省略すると、モデル化された電子線描画装置の運動方程式は数１に示す連立微分方程式となる。
【００５３】
【数１】
2006286503.tif 000003
【００５４】
ここで、ｙは試料室の水平方向変位、θｘは試料室の回転角、θｃは鏡体の回転角、Ｉは試料室の回転モーメント、Ｉｃは鏡体の回転モーメントである。
【００５５】
ｋ，ｋｘ，ｋｃはバネ係数、ｃ，ｃｘ，ｃｃは減衰係数であり、ｌ，ｒ，Ｌは長さである。
【００５６】
鉛直方向への並進運動を省略しない場合においても本発明の本質は失われない。
【００５７】
数１の運動方程式に基づけば、従来技術のようにリニアアクチュエーター４１，４２，４５をＸＹステージ２０の反力を打ち消すように駆動したとしても鏡体４６は試料室４７とは異なる運動をすることになる。すなわち、試料室４７の中にある試料３５の位置と鏡体４６から照射される電子線３４には位置ズレが発生し、回路パターン形成に際して誤差を生じることになる。
【００５８】
また、動吸振器を用いる従来技術においても、動吸振器は鏡体４６の固有振動を吸収するが試料室４７の振動については関知しない。
【００５９】
このことにより、試料室４７と鏡体４６は異なる振動を示し、試料室４７と鏡体４６の間には位置ズレが発生する。
【００６０】
年々、電子線描画装置に要求される高精細化が進むにつれ、これらの問題が無視できなくなってきた。
【００６１】
以下、本発明によるリニアアクチュエーターの制御方法について図３を用いて説明する。
【００６２】
試料室４７に鉛直方向変位の検知センサー８，１０と鉛直方向速度の検知センサー９，１１と水平方向変位の検知センサー３８と水平方向速度の検知センサー３９を備える。検知センサー８，１０，９，１１，３８，３９を第１の検知センサーと言う。
【００６３】
鏡体４６には水平方向速度の検知センサー４９、水平方向変位の検知センサー５６を備える。検知センサー４９，５６を第２の検知センサーと言う。
【００６４】
速度の検知センサー９，１１，３９，４９は、加速度の検知センサーの検出値を時間積分することによっても等価な検出値を得られるので、加速度の検知センサーをもって代用しても本発明の本質は失われない。
【００６５】
また、水平方向速度の検知センサー４９、水平方向変位の検知センサー５６は鏡体４６の回転方向の速度、変位を検出するために用いる。鏡体４６における水平方向と回転方向の変位、速度は数２によって表せる。
【００６６】
【数２】
2006286503.tif 000004
【００６７】
ここで、ｙｃは水平方向変位の検知センサー５６による検出値であり、ｖｃは水平方向速度の検知センサー４９による検出値、Ｌｃは鏡体４６の回転中心位置から水平方向の検知センサー４９、５６までの長さ、θｃは鏡体４６の回転角である。
【００６８】
そのため、鏡体４６の変位、速度は水平方向と回転方向成分のどちらを検出しても数２による変換のもとで等価に扱える。
【００６９】
鏡体４６の両側に鉛直方向速度の検知センサーを２個備え、その差分を求めることによって回転角、回転角速度を検出しても同様の効果が得られるが、本実施例においては検知センサー数を少なくするために水平方向の検知センサーのみを備えた。
【００７０】
試料室４７において鉛直方向変位の検知センサー８，１０、鉛直方向速度の検知センサー９，１１の検出値から試料室４７の回転角および回転角速度は数３によって表せる。
【００７１】
【数３】
2006286503.tif 000005
【００７２】
数３において、θｘは試料室の回転角、θｘの一階微分値は試料室の回転角速度、Ｌｘは鉛直方向変位の検知センサー８，１０間および鉛直方向速度の検知センサー９，１１間の長さである。
【００７３】
鉛直方向変位の検知センサー８，１０、水平方向変位の検知センサー３８，５６と鉛直方向速度の検知センサー９，１１，水平方向速度の検知センサー３９，４９により検出された信号は演算制御部４００に入力される。演算制御部４００は、主慣性軸成分変換器１７と、ベクトル化演算器５９と、乗算器１８と、操作信号分離器１４から構成されている。
【００７４】
演算制御部４００に入力された信号は、主慣性軸成分変換器１７に入力される。ここで、試料室４７の水平方向変位３１、水平方向速度３２、回転角２９、回転角速度３０と、鏡体４６の回転角５７、回転角速度５８が演算により求められる。
【００７５】
主慣性軸は図９に示すように、互いに垂直な並進運動方向の慣性３軸ｘ、ｙ、ｚと、並進軸回りの回転運動方向の慣性３軸θｘ、θｙ、θｚを加えた６軸を指す。
【００７６】
本実施例においては、水平方向１軸（ｙ軸）と回転方向１軸（θｘ軸）の２軸についてのみ説明するが、主慣性６軸について拡張することは容易であり、２軸についてのみ説明しても本発明の本質は失われない。
【００７７】
主慣性軸成分に変換された信号は、ベクトル化演算器５９に入力されて４行×１列の状態量行列信号２６として構成される。
【００７８】
ベクトル化された状態量行列信号２６は、ベクトル乗算器１８によってフィードバックゲイン行列１５と行列乗算されて操作量行列信号２７となる。
【００７９】
ここで、フィードバックゲイン行列１８は試料室４７と鏡体４６の振動をともに抑制することを目的として設定されたフィードバックゲイン行列である。
【００８０】
操作量行列信号２７は、操作信号分離器１４によってリニアアクチュエーター４１，４２，４５へ分配されるべき回転方向駆動量、水平方向駆動量に変換される。これがアンプ１２，１３，１９によって増幅されリニアアクチュエーター４１，４２，４５を駆動する。
【００８１】
リニアアクチュエーター４１，４２，４５が駆動されることにより、試料室４７と鏡体４６はともに振動が抑制されることとなる。
【００８２】
次に、試料室４７と鏡体４６の振動をともに抑制するためのフィードックゲイン行列１８を求める方法について説明する。
【００８３】
まず、数１の運動方程式をもとに状態方程式および出力方程式を導出すると数４となる。
【００８４】
数４は連続系状態方程式であるが、離散系状態方程式で表しても本発明の本質は失われない。
【００８５】
本実施例においては連続系状態方程式を基にして説明する。
【００８６】
【数４】
2006286503.tif 000006
【００８７】
数４において、ＵＳＶは空気バネの入力ベクトル行列であり、ｙ軸方向の駆動力とθｘ軸方向の駆動力からなる。ＵｓｔｇはＸＹステージ駆動による入力ベクトル行列であり、ｙ軸方向の位置と加速度成分からなる。ＵＬＭはリニアアクチュエーターの入力ベクトル行列であり、ｙ軸方向の駆動電圧とθｘ軸方向の駆動電圧からなる。ＫＬＭはリニアアクチュエーターの入力電圧に対する発生駆動力の比例定数である。Ｌ１、Ｌ２はリニアアクチュエーターの配置により決定される試料室重心位置からの長さである。
【００８８】
状態変数ベクトルＸは状態量６個からなる。６個の状態量はすべて観測可能であるので、出力ベクトルＣは６×６の単位行列となる。
【００８９】
状態遷移行列Ａは６×６の行列となる。
【００９０】
ここで、振動抑制に用いるリニアアクチュエーターのみを入力として扱うことにすると、状態方程式は数５にて表される。
【００９１】
【数５】
2006286503.tif 000007
【００９２】
次に、数５を基にした状態フィードバックを考える。
【００９３】
フィードバックゲイン行列をＫｆとすると、状態フィードバック制御則は数６となる。
【００９４】
【数６】
2006286503.tif 000008
【００９５】
数６を数５に代入すれば、状態フィードバックによる閉ループ系の状態方程式は数７で表せる。
【００９６】
【数７】
2006286503.tif 000009
【００９７】
数７による状態フィードバック制御は、試料室４７、鏡体４６を安定化するレギュレーターとして作用し、目標位置偏差をゼロにするサーボシステムとしては作用しない。
しかし、目標位置偏差をゼロにするための機能を空気バネの制御系に備えても同じ効果が得られるので、本実施例においてはレギュレーターとして作用させた場合について説明する。
【００９８】
状態方程式に積分要素を組み込み、サーボシステムとして構成しても本発明の本質は失われない。
【００９９】
振動抑制を目的としたレギュレーターは、数５において試料室４７と鏡体４６の振動を十分に小さくするためのフィードバックゲイン行列Ｋｆを求めれば良い。
【０１００】
すなわち、数７に示す閉ループの状態方程式において十分に速く収束する極配置とすれば良い。
【０１０１】
このフィードバックゲイン行列Ｋｆを用いて求められた操作量行列によって駆動されるアクチュエーターは状態変数行列をすべてゼロに収束させるように作用する。すなわち、本実施例においては数４における状態変数行列Ｘに含まれる試料室の水平方向位置、試料室の水平方向速度、試料室の回転角度、試料室の回転角速度、鏡体の回転角度、鏡体の回転角速度を全てゼロに収束させる。
【０１０２】
従って、従来制御に代表されるＰＩＤ制御のような出力フィードバックでは得られなかった高精度な振動減衰効果が得られる。
【０１０３】
また、複数軸に関わる振動をまとめて減衰させるように作用するため、軸間での干渉による振動抑制効果の低下や経時変化による試料室や鏡体の特性変化にも耐える良好な振動抑制効果が得られる。
【０１０４】
振動が減衰する時間については、フィードバックゲイン行列Ｋｆによって決まる極配置によって調節できるため、荷電粒子線装置に関する振動の発生状況に応じて水平方向の減衰を強くしたり回転方向の減衰を強くするといった適切な調整が可能となる。
【０１０５】
本実施例においては、操作量は水平方向と回転方向の２入力システムとなっている。
状態フィードバック制御の研究によって、多入力システムにおいては所望の極配置とするためのフィードバックゲイン行列Ｋｆは一意には決まらないことが知られている。入力同士の比率を決めるなどの拘束条件を設ければフィードバックゲイン行列Ｋｆを一意に決定できることも知られているが、アクチュエーターを十分に活かしきれないなどの問題もある。
【０１０６】
そこで、最適制御則によりフィードバックゲイン行列Ｋｆを決定する。
【０１０７】
最適制御則は、数８に示す評価関数を最小にするフィードバックゲイン行列を求めることと等価である。
【０１０８】
【数８】
2006286503.tif 000010
【０１０９】
これは、数９に示すリッカチ方程式（Ｒｉｃｃａｔｉ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）を解くことにより求められる。
【０１１０】
【数９】
2006286503.tif 000011
【０１１１】
ここで、Ｑは重み付き二乗積分誤差に対する重み行列、Ｒは操作信号の二乗積分値に対する重み行列、Ｐはリッカチ方程式を満たす正定唯一解、Ｋｆが求めるフィードバックゲイン行列である。本実施例の構成においては数１０のように２行×６列の要素を持つフィードバックゲイン行列Ｋｆとなる。
【０１１２】
【数１０】
2006286503.tif 000012
【０１１３】
リッカチ方程式の解法については、有本・ポッターの方法などが知られており、計算器によって容易に求めることができる。
【０１１４】
次に、鏡体４６に備える検知センサーを無くし、経済的に振動を抑制し、高精度な荷電粒子線照射を実現する本発明の一実施例について図４を用いて説明する。
【０１１５】
この実施例では、鏡体４６に備える検知センサーがないので、定盤に備える検知センサーを第１の検知センサーと言わない、単に検知センサーと言う。
【０１１６】
電子線描画装置を含む荷電粒子線装置は、目的とする照射位置に対する精度を高めるために、雑音磁場による不要な電子線の偏向を避けなければならない。
【０１１７】
そのため、鏡体４６の周辺に磁場を形成する部材を備えることを避けなければならない。
【０１１８】
変位の検知センサーや速度の検知センサー、加速度の検知センサーなども磁場を形成することが知られており、鏡体４６に備えることは精度低下につながる。
【０１１９】
そこで、鏡体４６に検知センサーを備えず、演算制御部４００に状態観測器１６を備える構成とする。演算制御部４００には、各種の計算を行なう計算手段を備わっている。
【０１２０】
状態観測器１６は、観測可能な試料室４７に備えた検知センサーより得られた振動を検知する信号とリニアアクチュエーターへの操作量信号２７を用いて鏡体４６の振動を検知する信号を推定する演算機構である。
【０１２１】
状態観測器には、観測可能な状態量も含む全ての状態量を推定する同一次元状態観測器と、観測できない状態量のみを推定する最小次元状態観測器がある。
【０１２２】
どちらを用いても本発明の本質は失われないので、状態推定のための演算が簡単で演算時間も短い最小次元状態観測器を用いた一実施例について説明する。
【０１２３】
鏡体４６に検知センサーを備えないため、数４の状態変数ベクトルＸにおける鏡体４６の回転角θｃと、その一階微分である回転角速度が観測できないこととなる。
【０１２４】
そこで、変位の検知センサー４９、速度の検知センサー５６を備えない代わりに状態観測器１６によって変位の検知センサー４９、速度の検知センサー５６による検出値を推定し、振動の検出値として用いることとする。
【０１２５】
状態観測器１６について、図５を用いて詳細に説明する。
【０１２６】
最小次元状態観測器は、リニアアクチュエーターへの入力行列３０１と、積分器３０２によって関連づけられる推定状態変数行列と、その１階微分行列と、推定状態変数行列をフィードバックするためのシステム遷移行列３０３と、出力制御行列３０４と、観測可能な状態変数を合成するための行列３０５と、最小次元状態推定フィードバックゲイン行列３０８から構成される。
【０１２７】
状態観測器の入力として空気バネ２，３の操作量やＸＹステージ２０の操作量も加算すればより高精度な状態変数推定が可能である。しかし、本実施例においては装置を簡単にするためにリニアアクチュエーターの操作量のみを扱うこととする。
【０１２８】
空気バネ２，３やＸＹステージ２０の操作量を省いた場合においても本発明の本質は失ない。最小次元状態観測器に備えるべき入力行列３０１と、システム遷移行列３０３と、出力制御行列３０４と、出力合成行列３０５はゴピナスの方法などを用いて容易に求められる。
【０１２９】
さらに、最小次元状態観測器にも状態推定の応答を決定する最小次元状態推定フィードバックゲイン行列３０８が必要であるが、フィードバックゲイン行列１５の算出と同様に最適制御則が応用できることが知られているので、計算器を用いて容易に求められる。
【０１３０】
この状態観測器１６が動作すると、出力として状態推定変数行列２６が求められる。
【０１３１】
これは、観測可能な状態変数ｙ、θｘおよびそれぞれの一階微分変数と、推定した鏡体４６の状態変数θｃおよびその一階微分変数からなる。
【０１３２】
以上のようにして決定された推定行列信号２６に前記フィードバックゲイン行列１５を乗算器１８によって乗じる。
【０１３３】
この結果得られる制御行列信号を操作信号分離器１４によって水平方向、回転方向のリニアモーター駆動量に分配する。これを各方向に対応するアンプ１２，１３，１９によって増幅し、リニアアクチュエーター４１，４２，４５を駆動する。
【０１３４】
従来技術の一つであるＸＹステージ２０の駆動信号をフィードフォワード制御することによって直動外乱を制振する場合の試料室４７の応答波形を図６に示す。
【０１３５】
図６（ａ）はｙ軸方向の除振台変位、図６（ｂ）はθｘ軸方向の除振台変位を示している。
【０１３６】
図６（ａ）、図６（ｂ）においては、ＸＹステージの動作期間４３の間は振動が抑制されているが、ＸＹステージの動作期間４３の終了後は大きな残留振動が発生してしまうことが分かる。
【０１３７】
本発明の一実施例によるＸＹステージ２０の駆動に対する試料室４７の応答波形を図７に示す。
【０１３８】
従来技術による応答波形と比較すると、本発明による応答波形はＸＹステージ２０の動作終了後は非常に良好な減衰特性を示しており、収束時間を大幅に短縮できる効果がある。
【０１３９】
また、図８（ａ）には本発明を実施しない場合の鏡体４６の振動を示し、図８（ｂ）に本発明を実施した場合の鏡体４６の振動を示す。
【０１４０】
鏡体４６の振動においても、本発明を実施した場合には振動の振幅が小さくなっていることが分かる。
【０１４１】
以上の比較により、本発明の実施によれば試料室４７のみならず鏡体４６の振動も減衰できることが分かる。
【０１４２】
以上、本発明の実施例によれば、定盤あるいは試料室の振動のみならず鏡体の振動も状態方程式の状態量としてフィードバック制御可能なため、定盤、試料室、および鏡体の振動を同時に抑制可能で高精度な荷電粒子線装置を実現できる。
【０１４３】
さらに、鏡体の振動を推定する演算機構を設け、定盤あるいは試料室の振動から鏡体の振動を推定する構成としたことにより、磁場を形成するために荷電粒子線装置にとって弊害となる検知センサーを鏡体に設置する必要が無く、高精度な荷電粒子線照射が可能な荷電粒子線装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明の実施例に係わるもので、電子線描画装置の動作を説明する概略平面図。
【図２】本発明の実施例に係わるもので、電子線描画装置のモデル図。
【図３】本発明の実施例に係わるもので、振動制御手段を組み込んだ電子線描画装置のモデル図。
【図４】本発明の実施例に係わるもので、振動制御手段および状態推定手段を組み込んだ電子線描画装置のモデル図。
【図５】本発明の実施例に係わるもので、最小次元状態観測器の構成を示すブロック線図。
【図６】従来技術による試料室の応答波形グラフ。
【図７】本発明の実施例に係わるもので、試料室の応答波形グラフ。
【図８】本発明の実施例に係わるもので、鏡体の応答波形グラフ。
【図９】本発明の実施例に係わるもので、主慣性軸を示す斜視図。
【符号の説明】
【０１４５】
１…床定盤、２、３…空気バネ、４，５…鉛直方向リニアアクチュエーター支柱、６…水平方向リニアアクチュエーター支柱、８，１０…鉛直方向変位の検知センサー、９，１１…鉛直方向加速度の検知センサー、１２，１３，１９…リニアアクチュエーター駆動用増幅器、１４…操作信号分離器、１５…制振用フィードバックゲイン行列、１６…状態量推定用状態観測器、１７…検知センサーの検出値から主慣性軸成分への分離計算回路、１８…行列乗算計算器、２０…ＸＹステージ、２６…状態量行列信号、２７…操作量行列信号、２９…回転成分変位信号、３０…回転成分速度信号、３１…水平方向変位信号、３２…水平方向速度信号、３３…電子線発生源、３４…電子線、３５…露光試料、３６…定盤、３７…電子線偏向器、３８…水平方向変位の検知センサー、３９…水平方向速度の検知センサー、４０…床、４１,４２…鉛直方向リニアアクチュエーター固定子、４５…水平方向リニアアクチュエーター固定子、４６…鏡体、４７…試料室、４８…締結ネジ、４９…水平方向速度の検知センサー、５０,５２，５４…バネ要素、５１,５３,５５…ダンパー要素、５６…水平方向変位の検知センサー、５７…回転成分変位信号、５８…回転成分速度信号、５９…ベクトル化演算器、３０１…推定状態変数の入力行列、３０２…推定状態変数の積分器、３０３…推定状態変数のシステム遷移行列、３０４…推定量の出力制御行列、３０５…計測可能な状態量の出力制御行列、３０６…入力と推定状態変数の加算点、３０７…推定量と計測可能な状態量の加算点、３０８…最小次元状態観測器フィードバックゲイン行列、４００…演算制御部。
【図１】
2006286503.tif 000013
【図２】
2006286503.tif 000014
【図３】
2006286503.tif 000015
【図４】
2006286503.tif 000016
【図５】
2006286503.tif 000017
【図６】
2006286503.tif 000018
【図７】
2006286503.tif 000019
【図８】
2006286503.tif 000020
【図９】
2006286503.tif 000021